兩級頁表如何實(shí)現(xiàn)地址轉(zhuǎn)換：

• 頁表：是一種特殊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，記錄著頁面和頁框的對應(yīng)關(guān)系。（映射表）
• 頁表的作用：是內(nèi)存非連續(xù)分區(qū)分配的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)從邏輯地址轉(zhuǎn)化成物理地址。

1. (1) 按照地址結(jié)構(gòu)將邏輯地址拆成三個部分。
2. (2) 從PCB中讀取頁目錄起始地址，再根據(jù)一級頁號查頁目錄表，找到下一級頁表在內(nèi)存中存放位置。
3. (3) 根據(jù)二級頁號查表，找到最終想要訪問的內(nèi)存塊號。
4. (4) 結(jié)合頁內(nèi)偏移量得到物理地址。

虛擬存儲技術(shù)

再解決了頁必須連續(xù)存放的問題后，再看如何第二個問題：沒有必要讓整個頁表常駐內(nèi)存，因?yàn)檫M(jìn)程一段時間內(nèi)可能只需要訪問某幾個特定的頁面。
解決方案：可以在需要訪問頁面時才把頁面調(diào)入內(nèi)存——虛擬存儲技術(shù)（后面再說）。可以在頁表中增加一個標(biāo)示位，用于表示該頁表是否已經(jīng)調(diào)入內(nèi)存。

應(yīng)用

若采用多級頁表機(jī)制，則各級頁表的大小不能超過一個頁面。

舉例說明，某系統(tǒng)按字節(jié)編址，采用40位邏輯地址，頁面大小為4KB，頁表項(xiàng)大小為4B，假設(shè)采用純頁式存儲，則要采用（）級頁表，頁內(nèi)偏移量為（）位？

頁面大小 = 4KB，按字節(jié)編址，因此頁內(nèi)偏移量為12位。
頁號 = 40 - 12 = 28位。
頁面大小 = 4KB，頁表項(xiàng)大小 = 4B，則每個頁面可存放1024個頁表項(xiàng)。因此各級頁表最多包含1024個頁表項(xiàng)，需要10個二進(jìn)制位才能映射到1024個頁表項(xiàng)，因此每級頁表對應(yīng)的頁號應(yīng)為10位二進(jìn)制。共28位的頁號至少要分為3級。

1、 進(jìn)程的4G 線性空間被劃分成三個部分：進(jìn)程空間（0-3G）、內(nèi)核直接映射空間（3G – high_memory）、內(nèi)核動態(tài)映射空間（VMALLOC_START - VMALLOC_END）

2、 三個空間使用同一張頁目錄表，通過 CR3 可找到此頁目錄表。但不同的空間在頁目錄表中頁對應(yīng)不同的項(xiàng)，因此互相不沖突

3、 內(nèi)核初始化以后，根據(jù)實(shí)際物理內(nèi)存的大小，計算出 high_memory、VMALLOC_START、VMALLOC_END 的值。并為“內(nèi)核直接映射”空間建立好映射關(guān)系，所有的物理內(nèi)存都可以通過此空間進(jìn)行訪問。

4、 “進(jìn)程空間”和“內(nèi)核動態(tài)映射空間”的映射關(guān)系是動態(tài)建立的（通過缺頁異常）

假設(shè)在有三個線性地址 addr1, addr2, addr3 ，分別屬于三個線性空間不同部分（0-3G、3G-high_memory、vmalloc_start-vmalloc_end），但是最終都映射到物理頁面1：

1、 三個地址對應(yīng)不同的頁表和頁表項(xiàng)

2、 但是頁表項(xiàng)的高 20bit 肯定是1，表示物理頁面的索引號是1

3、 同時，根據(jù)高 20 bit，可以從 mem_map[] 中找到對應(yīng)的 struct page 結(jié)構(gòu)，struct page 用于管理實(shí)際的物理頁面（就是實(shí)際物理頁面的物理地址了，到這里就不繞彎子了，順便想到高速緩沖的匹配命中操作是用哈希表，換算出的要訪問的實(shí)際物理地址拿到哈希表的輸入計算一下哈希值，看看有沒命中）（紅線）

4、 從線性地址最終的，根據(jù)頁目錄表，頁表，可以找到物理地址

5、 Struct page 和物理地址之間很容易互相轉(zhuǎn)換

6、 從物理地址，可以很容易的反推出在內(nèi)核直接映射空間的線性地址（藍(lán)線）。要想得到在進(jìn)程空間或者內(nèi)核動態(tài)映射空間的對應(yīng)的線性地址，則需要遍歷相應(yīng)的“虛存區(qū)間”鏈表。

關(guān)于頁目錄表：
1、 每個進(jìn)程有一個屬于自己的頁目錄表，可通過 CR3 寄存器找到
2、 而內(nèi)核也有一個獨(dú)立于其它進(jìn)程的頁目錄表，保存在 swapper_pg_dir[] 數(shù)組中

3、 當(dāng)進(jìn)程切換的時候，只需要將新進(jìn)程的頁目錄把地址加載到 CR3 寄存器中即可

4、 創(chuàng)建一個新進(jìn)程的時候，需要為它分配一個 page，作為頁目錄表，并將 swapper_pg_dir[] 的高 256 項(xiàng)拷貝過來，低 768 項(xiàng)則清0

linux0.11版本，所有進(jìn)程共享同一個頁目錄而各自使用不同的頁表，該共享的頁目錄就放在物理地址最前面的4k

標(biāo)題：Linux系統(tǒng)文件頁表目錄和頁表結(jié)構(gòu)(圖文詳解)

原文作者：玩轉(zhuǎn)Linux內(nèi)核，地址：https://zhuanlan.zhihu.com/p/429914858 轉(zhuǎn)載注明來源